1、第三单元细胞的能量供应和利用第 11 课时 能量之源 光与光合作用 回扣基础构建网络 一、捕获光能的色素和结构 基础导学红光 蓝紫光 DNA、RNA、酶 色素和酶 光合作用 议一议 海洋中藻类有分层现象，与植物中的色素吸收光的颜色有什么关系？温室内自然光照射的情况下，给植物人工补充哪些单色光对增产有利？提示 不同波长的光穿透性不同，不同藻类吸收不同波长的光。红光、蓝紫光属于对植物光合作用最有效的光，因此可以补充这两种光达到增产的目的。二、光合作用的探索历程 连一连 想一想 和中科学家用什么样的技术手段得出实验结论？该技术手段有何用途？提示 同位素标记法；追踪某元素或某物质的转移去向。三、光合作
2、用的反应式及过程 1反应式：2过程 区别 光能叶绿体光、色素、酶类囊体薄膜H+O2ATPATP中活跃的化学能酶叶绿体基质（CH2O）C3有机物中稳定的化学能CO2H2O(CH2O)O2 联系：光反应为暗反应提供；暗反应为光反应提供。判一判 1叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内()2光合作用需要的酶只分布在叶绿体基质中()3叶绿体是光合作用的主要场所()提示 分布在类囊体薄膜上。提示 类囊体薄膜上和叶绿体基质中都有。提示 是全部场所。H和ATP ADP、Pi 四、影响光合作用的因素和化能合成作用 1影响光合作用的因素有原料(包括和土壤中的水分)，光照条件(包括、光照时间和光的成分)，影响酶活性的
3、等。CO2 光照强度 温度 2光合作用和化能合成作用的比较 光合作用化能合成作用本质都能将CO2和H2O等无机物合成有机物区别能量光能氧化无机物放出的代表生物绿色植物硝化细菌等微生物化学能 名师点拨 以上两类生物代谢类型都是自养型，在生态系统中的成分都是生产者。硝化细菌生存的气体环境条件有NH3和O2(两种气体)。农业中松土可使硝化细菌在O2充足条件下将更多的NH3转化成NO3-或NO2-，提高肥效。知识网络叶绿体光照温度光反应暗反应突破考点提炼方法 1如图为叶绿体结构与功 能示意图，下列说法错误的是 ()A结构A中的能量变化是光能转 变为ATP中的化学能 B供给14CO2，放射性出现的顺 序
4、为CO2C3甲 C结构A释放的O2可进入线粒体中 D如果突然停止CO2的供应，短时间内C3的含量将会增加 提升结构模式图和过程流程图有机结合的解读能力 光合作用过程典例引领考点32 解析 在光合作用中，CO2首先和C5生成C3，如果突然停止CO2的供应，则C3生成量减少，而其消耗量不变，因此C3含量减少；而C5由于无法与CO2结合，其消耗量减少，而其生成量基本不变，因此其积累量短期内会增加。答案 D 排雷 光合作用中能量转变为光能电能活跃化学能稳定化学能。通过元素的去路掌握光合反应的实质。有光合作用就有呼吸作用，但反过来不一定，如根中的细胞只存在呼吸作用。分析光合作用物质动态变化要整体把握光合
5、作用从光反应到暗反应的过程。1光合作用过程图解 考点剖析 2光反应和暗反应的关系 3反应式及元素去向反应式：CO2H2O(CH2O)O2 光能叶绿体碳元素：CO2C3(CH2O)氢元素：H2OH(CH2O)H2OO2 CO2(CH2O)氧元素 1光反应为暗反应提供两种重要物质：H和ATP，H既可作还原剂又可提供能量；暗反应为光反应也提供两种物质：ADP和Pi，注意产生位置和移动方向。2没有光反应，暗反应无法进行，所以晚上植物只进行呼吸作用，不进行光合作用；没有暗反应，有机物无法合成，生命活动也就不能持续进行。3色素只存在于光反应部位叶绿体类囊体薄膜上，但光反应和暗反应都需要酶参与，所以与光合作
6、用有关的酶存在于两个部位叶绿体类囊体薄膜上和叶绿体基质中，但暗反应中酶的种类和数量多。4若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用 甲：一直光照10分钟；乙：光照5秒，黑暗5秒，持续20分 特别提醒钟，则光合作用制造的有机物：甲Z2Z1)可以表示CO2浓度，当光照强度小于c值时，限制光合速率增加的主要因素是光照强度 答案 B 3(2011江苏卷，4)某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下)，与正常叶片相比，实验结果是 ()A光吸收差异显著，色素带缺第2条 B光吸收差异不显著，色素带缺第2条 C光吸收差异显著，色素带缺第3条 D光吸收差异
7、不显著，色素带缺第3条 实验技能提升绿叶中色素的提取与分离 典例引领考点34 解析 水稻的叶黄素缺失，则对蓝紫光的吸收减少，对红光的吸收无明显差异，A、C项错误。色素层析条带从上至下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。叶黄素缺失，则色素层析条带从上至下缺第2条，故B项正确，D项错误。答案 B 排雷 明确叶黄素吸收光的种类吸收蓝紫光不吸收红光。明确叶黄素在滤纸条上的位置从上至下为第2条；从下至上为第3条，注意审题。1实验过程 考点剖析 2注意问题 关键词与试剂对应关系不能颠倒。提取色素无水乙醇 分离色素层析液 用丙酮或其他有机溶剂代替无水乙醇提取色素，但丙酮有毒，研磨时需采取措施防止挥发
8、；也可用汽油代替层析液进行层析；可用其他绿色叶片代替菠菜，但不能用大白菜等不含叶绿素的材料。色素提取液呈淡绿色的原因分析 研磨不充分，色素未能充分提取出来。称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素浓度小。未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。叶片绿色：叶绿素类胡萝卜素31；最不吸收绿光，反射回来；叶片变黄：低温破坏了叶绿素，呈现出了类胡萝卜素的颜色；叶片变红：低温破坏了叶绿素，呈现出液泡中花青素的颜色。3如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置，下列叙述错误的是 ()对位训练 A应向培养皿中倒入层析液 B应将滤液滴在a处，而不能滴在b处 C实验结果应得到四个不同颜色的同心圆(近
9、似圆形)D实验得到的若干个同心圆中，最小的一个圆呈橙黄色 答案 D 解析 所有的色素都从a处扩散，呈橙黄色的胡萝卜素扩散速度最快，因此在若干个同心圆中，最大的一个圆是橙黄色。41880年美国生物学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入好氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图)。他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的思路是()关注生物学史光合作用的探究历程 典例引领考点35 A细菌对不同的光反应不一样，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强 B好氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强 C好氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光
10、合作用强 D好氧细菌大量消耗O2，使水绵光合作用速度快，则该种光有利于光合作用 解析 好氧细菌是需要氧气的，因此在好氧细菌聚集的地方应该是氧气多的地方，也就是水绵光合作用强的地方。答案 B 排雷 实施者 实验过程及现象 实验结论 普利斯特利 点燃的蜡烛与绿色植物，密闭蜡烛不易熄灭小鼠与绿色植物，密闭小鼠不易窒息 植物能更新空气(提醒：更新何种气体当时不知道)萨克斯 遮光绿叶光合作用产生淀粉 恩格 尔曼 水绵 好氧菌 O2是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所 鲁宾和 卡门 向植物 H218O、CO2释放18O2 提供 H2O、C18O2释放O2 光合作用释放 的氧全部来自水 黑暗 12 h
11、 曝光深蓝色遮光无颜色变化碘蒸气碘蒸气黑暗 无空气 好氧菌只分布在叶绿体被光束照射部位的周围 极细 光束 完全 曝光 好氧菌分布在叶绿体所有受光部位 1实验常考易错点 萨克斯实验中黑暗处理的目的：消耗掉叶片中原有的淀粉。曝光与遮光形成对照，检验试剂为碘蒸气。恩格尔曼选用水绵做实验材料的好处：叶绿体大且呈带状，便于观察，所用细菌异化作用类型为需氧型。鲁宾、卡门用的实验方法为同位素标记法。卡尔文选用小球藻做实验，用同位素标记法揭示了暗反应过程。考点剖析 2上述实验中对照实验设置 在光合作用的发现中，科学家们利用了对照实验，使结果和结论更加科学、准确。萨克斯：自身对照，自变量为是否照光(一半曝光与另
12、一半遮光)，因变量为叶片是否制造出淀粉。鲁宾和卡门：相互对照，自变量为标记物质(H218O与C18O2)，因变量为O2的放射性。普利斯特利：密闭的玻璃罩是否加植物为自变量，蜡烛燃烧时间或小鼠存活时间为因变量。3恩格尔曼实验方法的巧妙之处 实验材料选得妙：用水绵作为实验材料。水绵不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察和分析研究。排除干扰的方法妙：实验成功的关键之一在于控制无关变量和减少额外变量，恩格尔曼将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧的影响，从而确 保实验能够正常进行。观测指标设计得妙：通过好氧细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出水绵
13、细胞中释放氧的部位。实验对照设计得妙：进行黑暗(局部光照)和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。4德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处数小时“饥饿”处理(消耗掉叶片中的淀粉)后，再把叶片的一部分遮光，其他部分曝光。一段时间后，将该叶片经脱色、漂洗再用碘液处理，结果遮光部分不变蓝，曝光部分变蓝。下列有关本实验的分析及结论合理的是 ()本实验未设对照组 有无光照是遮光和曝光区域显现不同结果的唯一原因 实验开始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态 实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉 A B C D 对位训练 答案 A 解析 本实验中，光照是自变量，曝光与遮光形成自身对照，叶片颜色的
14、变化是因变量，故错误、正确；进行“饥饿”处理就是要消耗完叶片中的淀粉，确保后面检测到的淀粉全部为光合作用产生的，故正确；实验证明光合作用能产生淀粉及光是光合作用的必要条件，不能证明是叶绿体进行的光合作用，故错误。1曲线中点的含义和移动规律 光照强度与光合速率的关系曲线图中各点的含义 光补偿点含义：光合作用等于呼吸作用，若改变某一因素(如光照、CO2浓度)，使光合作用增大(减小)，而呼吸作用不受影响，则光补偿点应左移(右移)；若改变某一因素(如温 方法体验 光合作用曲线中点的含义和移动规律及 如何确定变量 度)，使呼吸作用增大(减小)，而光合作用不受影响，则光补偿点应右移(左移)。光饱和点含义：
15、当横坐标对应的因素对光合作用最大值不产生影响时，若改变某一因素使光合作用增大(减小)，则光饱和点应右(左)移。2如何确定自变量 此曲线中只包含X和Z两个自变量，a点(曲线上升阶段)时影响因素即横坐标对应的变量X；b点(达到平衡)时影响因素则为该曲线中另外一个变量Z，不可考虑X、Z之外的其他变量，相当于把范围缩小到X、Z两个变量中。典例 (2010安徽理综，29)为探究影响光合作用强度的因素，将同一品种玉米苗置于25 条件下培养，实验结果如下图所示。请回答：与D点相比，B点条件下限制玉米CO2吸收量的因素是，C点条件下限制玉米CO2吸收量的主要因素是。实验结果表明，在的条件下施肥效果明显。除本实
16、验所涉及的因素外，从增加光合面积的角度考虑，采取措施能提高玉米的光能利用率。光照 强度 土壤含水量 土壤含水量40%60%合理密植 错因分析 施肥效果明显不是在土壤含水量60%这一点，而是在40%60%这一段。解析 此图中包含三个变量：光强、施肥、土壤含水量，上升阶段则横坐标是制约因素，若含水量相同，则可能是光强或施肥的原因。体验 通过图示可以看出光合作用的影响因素有光照强度、土壤含水量、矿质元素等，B点与D点比较的是光照强度，C点与D点比较的是土壤含水量。施肥影响明显是在土壤含水量大于40%小于60%这一段。增加光能利用率一般是合理密植。典例(2011新课标全国卷，29)在光照等适宜条件下，
17、将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。回答问题：图中物质A是(C3化合物、C5化合物)。易错警示 对光合作用条件骤变时各物质量的变化模糊不清C3化合物 在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是，将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是。若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的(低、高)。CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的(高、低)
18、，其原因是。CO2浓度低时，暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5化合物的含量稳定，根据暗反应的特点，此时C3化合物的分子数是C5化合物的2倍 当CO2浓度突然降低时，C5化合物的合成速率不变，消耗速率却 减慢，导致C5化合物积累 高 低 暗反应的强度低，所需的ATP和H少 错因分析 对C5与C3的数量关系不清楚：1C51CO2 2C3，故出现二倍关系；对C3和C5的变化来源和去向辨析不清楚。对第3小题审题不清要求达到稳定时C3和C5的比较。解析 CO2浓度降低时，C3化合物产生减少而消耗继续，故C3化合物的浓度降低，所以物质A代表的是C3化合物。在正常情况下，1 mol CO2与1 m
19、ol C5化合物结合形成2 mol C3化合物，即C3化合物的浓度是C5化合物浓度的2倍。CO2浓度迅速下降到0.003%后，C5化合物的产生量不变而消耗量减少，故C5化合物的浓度升高。CO2浓度继续处于0.003%时，因光反应产物H和ATP的积累而抑制光反应过程，足量的H和ATP引起暗反应中C5化合物的浓度又逐渐降低，而C3化合物的浓度逐渐升高，在达到相对稳定时，C3化合物的浓度仍是C5化合物浓度的2倍。CO2浓度较低时，暗反应减弱，需要的H和ATP量减少，故CO2浓度 为0.003%时，在较低的光照强度时就能达到最大光合速率。纠错笔记 光反应和暗反应中C3、C5、ATP、ADP四种物质与光照、CO2之间的关系(如图所示)：纠错训练 离体叶绿体在光下进行稳定的光合作用时，如果突然中断CO2的供应，下列关于短时间内叶绿 体中ATP与O2的相对含量 变化的示意图中，正确 的是 ()答案 B 解析 光合作用稳定时，ATP与ADP的转化也相对稳定；突然中断CO2的供给，使C3骤减，ATP因失去作用对象而终止水解，此时的光反应继续利用ADP合成ATP。当ADP和NADP耗尽后，光反应也停止，不再产生O2。